(57)【要約】【課題】視野角特性を可変とする液晶表示装置を提供する。【解決手段】駆動用液晶パネルと、駆動用液晶パネルの反観察者側に積層される補償用液晶パネルと、駆動用液晶パネルの観察者側と補償用液晶パネルの反観察者側にそれぞれ１枚の偏光板が配置され、駆動用液晶パネルは透過型または半透過型の画素構造を有し、画像を表示することが可能である液晶表示装置において、補償用液晶パネルは液晶層を挟んで対向する透明電極を備え、前記駆動用液晶パネルと独立に電圧を印加することができるように液晶表示装置を構成する。また、補償用液晶パネルの電極を適当に分割することによって、同一の液晶表示装置の表示面内の各部分において、使用環境や表示する内容に応じた視野角特性を選択的に表示することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察者側に配置される駆動用液晶パネルと、該駆動用液晶パネルの反観察者側に積層される補償用液晶パネルと、前記駆動用液晶パネルの観察者側と前記補償用液晶パネルの反観察者側にそれぞれ１枚の偏光板が配置され、前記駆動用液晶パネルは画素構造を有し、画像を表示することが可能である液晶表示装置において、
前記補償用液晶パネルは液晶層を挟んで対向する透明電極を備え、前記駆動用液晶パネルと独立に電圧を印加することができる液晶表示装置。
【請求項２】
前記補償用液晶パネルの対向する透明電極が、画面内で複数の領域に分割されている請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記駆動用液晶パネルが透過型である請求項１または２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記駆動用液晶パネルが半透過型である請求項１または２記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記補償用液晶パネルに印加する電圧に応じて、前記駆動用液晶パネルに印加する電圧を変化することができる請求項１、２、３または４記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記補償用液晶パネルの印加電圧に応じた、前記駆動用液晶パネルの印加電圧の変化は階調表示電圧設定の変更である請求項５記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記駆動用液晶パネルは平行配向であり、前記補償用液晶パネルはハイブリッド配向である請求項１、２、３、４、５または６記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記補償用液晶パネルが正の誘電率異方性を有し、電圧を印加しないときの複屈折値が５００ｎｍ以下である請求項１、２、３、４、５、６または７記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記補償用液晶パネルが負の誘電率異方性を有し、電圧を印加しないときの複屈折値が５０ｎｍ以上である請求項１、２、３、４、５、６または７記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置に関する。さらに詳しくは、視野角特性を調整することができる液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
以前の液晶表示装置は、観察する角度（視野角）によりその表示品位が変化することが知られていた。つまり、正面からの観察では、非常に良好な表示特性を示す液晶表示装置であっても、上下または左右方向から観察した時、全体が黒っぽく観察されるもの（黒つぶれ）、反対に前面が白っぽく観察されるもの（白つぶれ）、表示が白黒反転し、ネガ表示として観察されるもの（階調反転）、正面から観察した時と色が変化するもの等の表示品位の低下が見られた。
【０００３】
この視野角による表示品位劣化を解決するために、リタデーションフィルム、または２枚目の液晶パネルによる位相補償を行なう液晶表示素子が提案された。視野角による表示品位の劣化は、斜め方向から観察した時、液晶層の複屈折が、正面から観察した時にくらべ変化することが原因であり、この視野角による複屈折変化を、リタデーションフィルムまたは２枚目の液晶パネルにより補償し、複屈折変化を小さくすることで、視野角による表示品位変化を防止するものである。
【０００４】
このような液晶表示装置として、ＴＮモードの液晶パネルとディスコティック液晶フィルムを用いた例、ＳＴＮ液晶パネルと補償用液晶パネルを用いた例等が知られている。
【０００５】
たとえば、特許文献１には視野角特性を改善する液晶表示素子が示されている。図３は従来の視野角特性を改善する液晶表示素子の構成例を示す断面図である。観察者側（図の上側）に駆動用液晶パネル１が配置され、駆動用液晶パネル１の観察者と反対側（図の下方）に補償用液晶パネル７が駆動用液晶パネル１に積層される。これらの液晶パネルの観察者側と反観察者側にそれぞれ１枚の偏光板３および４が配置される。駆動用液晶パネル１には電極（図示せず）を介して駆動電圧を印加する駆動回路５が接続されるが、補償用液晶パネル７には電極および電圧印加回路はなく、一定の特性を有する。そこでは、主表面に対して分子長軸がほぼ平行に配列した光学異方性層からなり、分子長軸と主表面とのなす角度が光学異方性層の厚さ方向に連続的に変化していることを特徴としている。そのため、屈折率楕円体を見る角度を大きくしていったとき、視軸の２次元面内の屈折率体は長軸の長さ方向に大きくなるのに対して、短軸方向の屈折率が大きくなり、合成された２次元面内の屈折率体は円になる。したがって、屈折率楕円体を光学的に補償することができ、視野角特性が向上する。
【０００６】
これらの視野角による複屈折変化を補償するフィルムまたは液晶パネルを備えることで液晶表示装置の視野角特性は大幅に改善し、画面の法線に対して大きな角度の方向から観察しても良好な表示品位を得ることができるようになった。
【０００７】
【特許文献１】特許第３２２９００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし近年、携帯電話、ＰＤＡ、ノートＰＣ等、液晶表示装置を搭載したモバイル機器の発展に伴い、周辺に部外者が多くいる環境で液晶表示装置を観察する機会が多くなっている。このような環境では、従来とは逆に周辺からは表示品位を低くし、周辺の部外者からの覗き込みを防止することが必要となっており、この意味からは、視野角特性を狭くすることが必要な状況が発生する。たとえば事務所などの使用環境では視野角特性が広く、またモバイル用途で部外者が周囲にいるような場合、覗き込みを防止する時には視野角特性を狭くすることができる、液晶表示装置が求められている。そこで、本発明は視野角特性を可変とする液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
観察者側に配置される駆動用液晶パネルと、該駆動用液晶パネルの反観察者側に積層される補償用液晶パネルと、前記駆動用液晶パネルの観察者側と前記補償用液晶パネルの反観察者側にそれぞれ１枚の偏光板が配置され、前記駆動用液晶パネルは画素構造を有し、画像を表示することが可能である液晶表示装置において、前記補償用液晶パネルは液晶層を挟んで対向する透明電極を備え、前記駆動用液晶パネルと独立に電圧を印加することができるように液晶表示装置を構成する。
【発明の効果】
【００１０】
同一の液晶表示装置において、広視野角、狭視野角の特性を得ることができ、使用環境に応じた視野角特性を有する液晶表示装置を得ることができる。
【００１１】
また、補償用液晶パネルの電極を適当に分割することによって、同一の液晶表示装置の表示面内の各部分において、広視野角、狭視野角の表示を行なうことができ、使用環境や表示する内容に応じた視野角特性を選択的に表示することができる液晶表示装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、駆動用パネルの複屈折性の変化、または旋光性の変化により表示を行なう液晶表示装置において、斜め方向から観察したときの黒つぶれ、白つぶれ、階調反転等の表示品位が低下することを、複屈折性または旋光性を有する補償用パネルにより、斜め方向から観察したときの光学的寄与を補償することで視野角特性の低下を改善し、また同一の液晶表示装置において、補償用パネルに電圧を印加し、斜め方向での光学的寄与の補償の程度を変化させることによって、視野角特性を可変にする液晶表示装置を提供するものである。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態を示す断面図である。観察者側（図の上側）に駆動用液晶パネル１が配置され、駆動用液晶パネル１の観察者と反対側（図の下方）に補償用液晶パネル２が駆動用液晶パネル１に積層される。これらの液晶パネルの観察者側と反観察者側にそれぞれ１枚の偏光板３および４が配置される。駆動用液晶パネル１には電極（図示せず）を介して駆動電圧を印加する駆動回路５が接続され、補償用液晶パネル２には透明電極（図示せず）を介して視野角を変化させるための電圧を印加する補償電圧印加回路６が接続される。
【００１４】
本発明で用いる駆動用パネル内の液晶配向としては、垂直配向、平行配向（一軸配向）、反平行配向、ねじれ配向、ハイブリッド配向等の入射光の偏光状態、旋光方向を変化させることのできるもので、かつパネルへの電圧印加により入射光の偏光状態、旋光方向を変化させる程度を変えることのできるすべての液晶表示モードを用いることができる。
【００１５】
特にハイブリッド配向とした場合、しきい値特性をもたないため、電圧印加に対して緩やかな液晶配向変化を起こし、複屈折性の調整が容易であり、視野角制御を精度よく行なうことが可能である。またねじれ配向とした場合、その旋光性の変化により表示を行なうことができるため、高コントラスト比の表示を得ることができ、表示品位を高くすることができる。さらに平行配向（一軸配向）、垂直配向とした場合、その配向状態の解析が容易であり、光学特性設計、補償用パネルと駆動用パネルの印加電圧の最適化を容易に行なうことができ、視野角制御を簡便に行なうことができる。
【００１６】
本発明で用いる駆動用パネル内の液晶材料は、複屈折性を有し、電界により配向方向を変化させることができるものであればどのような液晶材料でも用いることができる。
【００１７】
本発明で用いる補償用パネル内の液晶材料は、複屈折性を有し、電界により配向方向を変化させることができるものであればどのような液晶材料でも用いることができる。本発明で用いる補償用パネル内の液晶配向としては、垂直配向、平行配向（一軸配向）、反平行配向、ねじれ配向、ハイブリッド配向等の入射光の偏光状態、旋光方向を変化させることのできるもので、かつパネルへの電圧印加により入射光の偏光状態、旋光方向を変化させる程度を変えることのできるすべての液晶表示モードを用いることができる。
【００１８】
特に補償用液晶パネルをハイブリッド配向とした場合、その電圧依存性にしきい値特性をもたないため、電圧印加に対して緩やかな液晶配向変化を起こし、複屈折性の調整が容易であり、視野角制御を精度よく行なうことが可能である。さらに、ハイブリッド配向は駆動用パネルの透明電極界面付近に存在する電圧印加により応答しない液晶分子の影響を補償し、視野角を広くしやすい点で特に適している。
【００１９】
またねじれ配向、ハイブリッド配向のように、パネル内の厚み方向に光学的特性が徐々に変化する配向を補償用パネルに用いた場合、駆動用パネルの視野角による光学特性変化を精度よく補償することが可能であり、表示品位を高くすることができる。さらに平行配向（一軸配向）、垂直配向とした場合、その配向状態の解析が容易であり、光学特性設計、補償用パネルと駆動用パネルの印加電圧の最適化を容易に行なうことができ、視野角制御を簡便に行なうことができる。
【００２０】
補償用パネルの複屈折値は特に限定するものではないが、表示品位、着色等の観点から５０〜５００ｎｍであることが好ましく、さらに１００〜３００ｎｍであることが好ましい。補償用パネルは電圧を印加した駆動用パネルに残留する複屈折を補償するものであり、一方、駆動用パネルの複屈折は電圧印加により、ほぼ０〜５００ｎｍで変化するようにするのが表示品位の点で適しているので、補償用パネルの複屈折値はその中間の５０〜５００ｎｍとするのが適当である。したがって、電圧印加により補償用パネルの複屈折値が減少する正の誘電率異方性を有する液晶を用いた場合には、電圧無印加時にその複屈折値が５００ｎｍであるようにすることが適当である。反対に、電圧印加により補償用パネルの複屈折値が増加する負の誘電率異方性の液晶を用いた場合には、電圧無印加時にその複屈折値が５０ｎｍ以上であるようにすることが適当である。
【００２１】
本出願のように、補償用パネルの複屈折値が電圧印加により変化する場合、電圧印加により補償用パネルの複屈折値が大きくなる構成としている場合には、電圧無印加時の複屈折値を５０ｎｍ以上とすることが必要であり、電圧印加により補償用パネルの複屈折値が小さくなるような構成としている場合には、電圧無印加時の複屈折値を５００ｎｍ以下とすることが必要である。
【００２２】
実施例１
以下に本実施例の詳細について述べる。
【００２３】
一対の透明電極基板に、画像表示が可能な画素構造を形成した。各々の基板に、液晶分子を基板面にほぼ平行に配向させる機能を有するポリイミドからなる配向膜を塗布し、乾燥、焼成ののち、ラビング処理を行なった。
【００２４】
この２枚の透明電極基板を、パネルギャップ４．５μｍ、液晶配向が平行配向（一軸配向）となるように貼り合わせ、屈折率異方性（Δｎ）が＋０．０７、誘電率異方性（Δε）が＋８の液晶材料を注入し、駆動用液晶パネル１を得た。
【００２５】
つぎに、画素構造に分割しない透明電極を有する一対の透明基板を用い、一方の基板表面には上記と同様の手法により、液晶分子を基板面にほぼ平行に配向させる機能を有するポリイミドからなる配向膜を作成し、他方の基板表面には基板面にほぼ垂直に液晶分子を配向させる機能を有する配向膜を作成した。この２枚の透明電極基板をパネルギャップ３μｍとなるように貼り合わせ、上記と同じ液晶材料を注入し、補償用液晶パネル２を得た。この補償用の液晶パネルの複屈折値は電圧無印加状態でほぼ１２０ｎｍであった。
【００２６】
この２組の液晶パネルに、電圧を印加して駆動するための電極を取り付け、観察者側に駆動用液晶パネル、反観察者側に補償用パネルとなるように積層した。
【００２７】
さらにこの積層した液晶パネルの観察者側に、偏光板、１／２λフィルムおよび１／４λフィルムからなる円偏光板を貼付し、反観察者側に、１／２λフィルムおよび偏光板を、電圧を印加しないときの補償用パネルと合わせて円偏光板の機能を有するように貼付した。
【００２８】
それぞれの液晶パネルと偏光板の構成を表１に示す。また、補償用パネルへの電圧印加によって得られる視野角制御特性（コントラスト比５以上の範囲）を表２に示した。
【００２９】
【表１】
2005265930.tif 000003
【００３０】
【表２】
2005265930.tif 000004
【００３１】
表２は黒の階調を表示する印加電圧の組み合わせである。視野角範囲を変えるために、補償用パネルの印加電圧を変えたとき、黒の階調を表示するために駆動用パネルの印加電圧も変えることを示している。
【００３２】
本実施例で得た液晶表示装置は、上方向の視野角特性は補償用パネルへの電圧印加でほとんど変化しないが、下方向は３０〜６０°、左右方向は３５〜８０°の範囲で変化することがわかる。したがって本実施例の液晶表示装置は、広視野角特性から、周辺の人からの覗き見を防止する狭視野角特性まで制御することができる。
【００３３】
図２は、補償用パネルの印加電圧によって駆動用パネルの透過率の電圧依存性が変化することを示している。図２で相対透過率が０付近は黒の階調を、１付近は白の階調である。補償用パネルの印加電圧（すなわち、視野角範囲）を変化させると、同じ階調を表示する駆動用パネルの印加電圧が変化する。そこで、補償用パネルの印加電圧に応じて、駆動用パネルの階調表示電圧設定を変更することによって、異なる視野角表示でも同じ階調を得ることができる。
【００３４】
実施例２
実施例１で作成した液晶表示装置のうち、補償用パネルの電極構造を変更したものである。実施例１においては、補償用パネルは電極を分割して形成せず、ベタ電極を用いた。本実施例では、補償用パネルの電極面を縦横各３分割し、面内に合計９個の個別な電圧印加可能な領域に分割し、各領域に独立に電圧を印加できるように構成した。その他の工程、パネル構造等はすべて実施例１と同様に液晶表示装置を作成した。
【００３５】
試作した液晶表示装置は表示面内９個の領域で、実施例１に示した視野角特性の制御を個別に行なうことが可能で、同一表示面内で広視野角領域と、周辺からの覗き見を防止する狭視野角特性を得ることができた。
【００３６】
実施例３
実施例１で作成した液晶表示装置のうち、駆動用パネルの画素構造を変更したものである。実施例１においては、駆動用パネルには透過表示用のパネルを用いた。本実施例では、駆動用パネルを半透過型のパネルを用いた。駆動用パネルの画素を透過領域と反射領域に分割し、それぞれに２．２μｍの段差構造を作成し、反射部分には高さ０．６μｍ、直径１０μｍの散乱反射用の凹凸を形成した。つまり透過部分のパネルギャップは４．５μｍ、反射部分は２．３μｍとした。その他のパネル構造はすべて実施例１と同様にした。
【００３７】
試作した液晶表示装置は、その透過表示において視野角を実施例１と同様に制御することが可能である。加えて反射表示では、コントラスト比１０以上の表示を得ることができた。
【００３８】
実施例４
実施例で作成した液晶表示装置のうち、補償用パネルの構成を変更し、負の誘電率異方性（Δε）を有する液晶材料を用いたものである。補償用パネルの作成において、実施例１と同様の配向膜を用い、そのパネルギャップを１．５μｍとなるように重ね合わせ、液晶材料（Δｎ＝＋０．０７、Δε＝−５）を注入した。この補償用パネルの電圧無印加時の複屈折値は約７０ｎｍであり、電圧の印加により約１１０ｎｍまで複屈折値を変化させることができる。
【００３９】
補償用パネル以外はすべて実施例１と同様にして液晶表示装置を作成したところ、補償用パネルへの電圧の無印加時には視野角が狭く、覗き見を防止することができ、補償用パネルへの電圧印加により広視野角を示す液晶表示装置を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２】補償用パネルの印加電圧によって駆動用パネルの透過率の電圧依存性が変化することを示す図である。
【図３】従来の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  駆動用液晶パネル
２  補償用液晶パネル
３  観察者側の偏光板
４  反観察者側の偏光板
５  駆動回路
６  補償電圧印加回路
【図１】
2005265930.tif 000005
【図２】
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【図３】
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